三次 関数 解 の 公式ブ
そんな折,デル・フェロと同じく数学者のフォンタナは[3次方程式の解の公式]があるとの噂を聞き,フォンタナは独自に[3次方程式の解の公式]を導出しました. 実はデル・フェロ(フィオール)の公式は全ての3次方程式に対して適用することができなかった一方で,フォンタナの公式は全ての3時方程式に対して解を求めることができるものでした. そのため,フォンタナは討論会でフィオールが解けないパターンの問題を出題することで勝利し,[3次方程式の解の公式]を導いたらしいとフォンタナの名前が広まることとなりました. カルダノとフォンタナ 後に「アルス・マグナ」を発刊するカルダノもフォンタナの噂を聞きつけ,フォンタナを訪れます. カルダノは「公式を発表しない」という約束のもとに,フォンタナから[3次方程式の解の公式]を聞き出すことに成功します. しかし,しばらくしてカルダノはデル・フェロの公式を導出した原稿を確認し,フォンタナの前にデル・フェロが公式を得ていたことを知ります. そこでカルダノは 「公式はフォンタナによる発見ではなくデル・フェロによる発見であり約束を守る必要はない」 と考え,「アルス・マグナ」の中で「デル・フェロの解法」と名付けて[3次方程式の解の公式]を紹介しました. 同時にカルダノは最初に自身はフォンタナから教わったことを記していますが,約束を反故にされたフォンタナは当然激怒しました. その後,フォンタナはカルダノに勝負を申し込みましたが,カルダノは受けなかったと言われています. 三次 関数 解 の 公益先. 以上のように,現在ではこの記事で説明する[3次方程式の解の公式]は「カルダノの公式」と呼ばれていますが, カルダノによって発見されたわけではなく,デル・フェロとフォンタナによって別々に発見されたわけですね. 3次方程式の解の公式 それでは3次方程式$ax^3+bx^2+cx+d=0$の解の公式を導きましょう. 導出は大雑把には 3次方程式を$X^3+pX+q=0$の形に変形する $X^3+y^3+z^3-3Xyz$の因数分解を用いる の2ステップに分けられます. ステップ1 3次方程式といっているので$a\neq0$ですから,$x=X-\frac{b}{3a}$とおくことができ となります.よって, とすれば,3次方程式$ax^3+bx^2+cx+d=0$は$X^3+pX+q=0$となりますね.
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3次方程式や4次方程式の解の公式がどんな形か、知っていますか?3次方程式の解の公式は「カルダノの公式」、4次方程式の解の公式は「フェラーリの公式」と呼ばれています。そして、実は5次方程式の解の公式は存在しないことが証明されているのです… はるかって、もう二次方程式は習ったよね。 はい。二次方程式の解の公式は中学生でも習いましたけど、高校生になってから、解と係数の関係とか、あと複素数も入ってきたりして、二次方程式にも色々あるんだなぁ〜という感じです。 二次方程式の解の公式って言える? はい。 えっくすいこーるにーえーぶんのまいなすびーぷらすまいなするーとびーにじょうまいなすよんえーしーです。 二次方程式の解の公式 $$ax^2+bx+c=0(a\neq 0)$$のとき、 $$\displaystyle x=\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a}$$ ただし、$$a, b, c$$は実数 うん、正解! それでは質問だ。なぜ一次方程式の解の公式は習わないのでしょうか? え、一次方程式の解の公式ですか…? そういえば、何ででしょう…? ちなみに、一次方程式の解の公式を作ってくださいと言われたら、できる? うーんと、 まず、一次方程式は、$$ax+b=0$$と表せます。なので、$$\displaystyle x=-\frac{b}{a}$$ですね! おっけーだ!但し、$$a\neq 0$$を忘れないでね! 一次方程式の解の公式 $$ax+b=0(a\neq 0)$$のとき、 $$\displaystyle x=-\frac{b}{a}$$ じゃあ、$$2x+3=0$$の解は? えっ、$$\displaystyle x=-\frac{3}{2}$$ですよね? 三次方程式の解の公式 [物理のかぎしっぽ]. うん。じゃあ$$-x+3=0$$は? えっと、$$x=3$$です。 いいねー 次は、$$3x^2-5x+1=0$$の解は? えっ.. ちょ、ちょっと待って下さい。計算します。 いや、いいよ計算しなくても(笑) いや、でもさすがに二次方程式になると、暗算ではできません… あっ、そうか。一次方程式は公式を使う必要がない…? と、いうと? えっとですね、一次方程式ぐらいだと、公式なんか使わなくても、暗算ですぐできます。 でも、二次方程式になると、暗算ではできません。そのために、公式を使うんじゃないですかね?
三次関数 解の公式
MathWorld (英語). 三次方程式の解 - 高精度計算サイト ・3次方程式の還元不能の解を還元するいくつかの例題
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二次方程式の解の公式は学校で必ず習いますが,三次方程式の解の公式は習いません.でも,三次方程式と四次方程式は,ちゃんと解の公式で解くことができます.学校で三次方程式の解の公式を習わないのは,学校で勉強するには複雑すぎるからです.しかし,三次方程式の解の公式の歴史にはドラマがあり,そこから広がって見えてくる豊潤な世界があります.そのあたりの展望が見えるところまで,やる気のある人は一緒に勉強してみましょう. 二次方程式を勉強したとき, 平方完成 という操作がありました. の一次の項を,座標変換によって表面上消してしまう操作です. ただし,最後の行では,確かに一次の項が消えてしまったことを見やすくするために,, と置き換えました.ここまでは復習です. ( 平方完成の図形的イメージ 参照.) これと似た操作により,三次式から の二次の項を表面上消してしまう操作を 立体完成 と言います.次のように行います. ただし,最後の行では,見やすくするために,,, と置き換えました.カルダノの公式と呼ばれる三次方程式の解の公式を用いるときは,まず立体完成し,式(1)の形にしておきます. とか という係数をつけたのは,後々の式変形の便宜のためで,あまり意味はありません. ３次方程式の解の公式｜「カルダノの公式」の導出と歴史. カルダノの公式と呼ばれる三次方程式の解の公式が発見されるまでの歴史は大変興味深いものですので,少しここで紹介したいと思います.二次方程式の解(虚数解を除く)を求める公式は,古代バビロニアにおいて,既に数千年前から知られていました.その後,三次方程式の解の公式を探す試みは,幾多の数学者によって試みられたにも関わらず,16世紀中頃まで成功しませんでした.式(1)の形の三次方程式の解の公式を最初に見つけたのは,スキピオーネ・フェロ()だったと言われています.しかし,フェロの解法は現在伝わっていません.当時,一定期間内により多くの問題を解決した者を勝者とするルールに基づき,数学者同士が難問を出し合う一種の試合が流行しており,数学者は見つけた事実をすぐに発表せず,次の試合に備えて多くの問題を予め解いて,秘密にしておくのが普通だったのです.フェロも,解法を秘密にしているうちに死んでしまったのだと考えられます. 現在,カルダノの公式と呼ばれている解法は,二コロ・フォンタナ()が発見したものです.フォンタナには吃音があったため,タルタリア ( :吃音の意味)という通称で呼ばれており,現在でもこちらの名前の方が有名なようです.当時の慣習通り,フォンタナもこの解法を秘密にしていましたが,ミラノの数学者ジローラモ・カルダノ()に懇願され,他には公表しないという約束で,カルダノに解法を教えました.ところが,カルダノは 年に出版した (ラテン語で"偉大な方法"の意味.いまでも 売ってます !)という書物の中で,まるで自分の手柄であるかのように,フォンタナの方法を開示してしまったため,以後,カルダノの方法と呼ばれるようになったのです.
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ステップ2 1の原始3乗根の1つを$\omega$とおくと,因数分解 が成り立ちます. 1の原始3乗根 とは「3乗して初めて1になる複素数」のことで,$x^3=1$の1でない解はどちらも1の原始3乗根となります.そのため, を満たします. よって を満たす$y$, $z$を$p$, $q$で表すことができれば,方程式$X^3+pX+q=0$の解 を$p$, $q$で表すことができますね. さて,先ほどの連立方程式より となるので,2次方程式の解と係数の関係より$t$の2次方程式 は$y^3$, $z^3$を解にもちます.一方,2次方程式の解の公式より,この方程式の解は となります.$y$, $z$は対称なので として良いですね.これで,3次方程式が解けました. 結論 以上より,3次方程式の解の公式は以下のようになります. 3次方程式$ax^3+bx^2+cx+d=0$の解は である.ただし, $p=\dfrac{-b^2+3ac}{3a^2}$ $q=\dfrac{2b^3-9abc+27a^2d}{27a^3}$ $\omega$は1の原始3乗根 である. 具体例 この公式に直接代入して計算するのは現実的ではありません. そのため,公式に代入して解を求めるというより,解の導出の手順を当てはめるのが良いですね. 方程式$x^3-3x^2-3x-4=0$を解け. 単純に$(x-4)(x^2+x+1)=0$と左辺が因数分解できることから解は と得られますが,[カルダノの公式]を使っても同じ解が得られることを確かめましょう. なお,最後に$(y, z)=(-2, -1)$や$(y, z)=(-\omega, -2\omega^2)$などとしても,最終的に $-y-z$ $-y\omega-z\omega^2$ $-y\omega^2-z\omega$ が辻褄を合わせてくれるので,同じ解が得られます. 参考文献 数学の真理をつかんだ25人の天才たち [イアン・スチュアート 著/水谷淳 訳/ダイヤモンド社] アルキメデス,オイラー,ガウス,ガロア,ラマヌジャンといった数学上の25人の偉人が,時系列順にざっくりとまとめられた伝記です. カルダノもこの本の中で紹介されています. 三次 関数 解 の 公司简. しかし,上述したようにカルダノ自身が重要な発見をしたわけではないので,カルダノがなぜ「数学の真理をつかんだ天才」とされているのか個人的には疑問ではあるのですが…… とはいえ,ほとんどが数学界を大きく発展させるような発見をした人物が数多く取り上げられています.
[*] フォンタナは抗議しましたが,後の祭りでした. [*] フォンタナに敬意を表して,カルダノ=タルタリアの公式と呼ぶ場合もあります. ニコロ・フォンタナ(タルタリア) 式(1)からスタートします. カルダノ(実はフォンタナ)の方法で秀逸なのは,ここで (ただし とする)と置換してみることです.すると,式(1)は次のように変形できます. 式(2)を成り立たせるには,次の二式が成り立てば良いことが判ります. [†] 式 が成り立つことは,式 がなりたつための十分条件ですので, から への変形が同値ではないことに気がついた人がいるかも知れません.これは がなりたつことが の定義だからで,逆に言えばそのような をこれから探したいのです.このような によって一般的に つの解が見つかりますが,三次方程式が3つの解を持つことは 代数学の基本定理 によって保証されますので,このような の置き方が後から承認される理屈になります. 式(4)の条件は, より, と書き直せます.この両辺を三乗して次式(6)を得ます.式(3)も,ちょっと移項してもう一度掲げます. 式(5)(6)を見て,何かピンと来るでしょうか?式(5)(6)は, と を解とする,次式で表わされる二次方程式の解と係数の関係を表していることに気がつけば,あと一歩です. (この二次方程式を,元の三次方程式の 分解方程式 と呼びます.) これを 二次方程式の解の公式 を用いて解けば,解として を得ます. 式(8)(9)を解くと,それぞれ三個の三乗根が出てきますが, という条件を満たすものだけが式(1)の解として適当ですので,可能な の組み合わせは三つに絞られます. 虚数が 出てくる ここで,式(8)(9)を解く準備として,最も簡単な次の形の三次方程式を解いてみます. これは因数分解可能で, と変形することで,すぐに次の三つの解 を得ます. 三次関数 解の公式. この を使い,一般に の解が, と表わされることを考えれば,式(8)の三乗根は次のように表わされます. 同様に,式(9)の三乗根も次のように表わされます. この中で, を満たす の組み合わせ は次の三つだけです. 立体完成のところで と置きましたので,改めて を で書き換えると,三次方程式 の解は次の三つだと言えます.これが,カルダノの公式による解です.,, 二次方程式の解の公式が発見されてから,三次方程式の解の公式が発見されるまで数千年の時を要したことは意味深です.古代バビロニアの時代から, のような,虚数解を持つ二次方程式自体は知られていましたが,こうした方程式は単に『解なし』として片付けられて来ました.というのは,二乗してマイナス1になる数なんて,"実際に"存在しないからです.その後,カルダノの公式に至るまでの数千年間,誰一人として『二乗したらマイナス1になる数』を,仮にでも計算に導入することを思いつきませんでした.ところが,三次方程式の解の公式には, として複素数が出てきます.そして,例え三つの実数解を持つ三次方程式に対しても,公式通りに計算を進めていけば途中で複素数が顔を出します.ここで『二乗したらマイナス1になる数』を一時的に認めるという気持ち悪さを我慢して,何行か計算を進めれば,再び複素数は姿を消し,実数解に至るという訳です.